CN109984733B - 一种光纤传感组件、服装、运动姿态监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤传感组件、服装、运动姿态监测系统和方法，光纤传感组件包括传感光纤单元和终端单元，其中传感光纤单元包括至少两组传感光纤，所述至少两组传感光纤彼此相交排列，其中所述至少两组传感光纤中的每根传感光纤包括第一光耦合器、回光光纤以及至少两根传感子光纤；终端单元包括光源、与每根传感光纤对应连接的多个第二光耦合器、以及光电探测器。本发明提供的实施例通过干涉型传感光纤实时感测光纤传感组件接收的外部应力，从根本上解决现有技术中直射型传感光纤因光源波动影响感测精度的问题，能够有效提高传感光纤的感测精度，应用于服装能够实现对被看护对象的运动姿态的监测。

Description

一种光纤传感组件、服装、运动姿态监测系统和方法
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤传感组件、服装、运动姿态监测系统和方法。
背景技术
光纤传感技术将光纤作为敏感元件，可探测如压力、振动等多种物理量，其中干涉型光纤传感系统基于干涉测量原理，具有灵敏度高、实时性好、可塑性强、结构简单、成本较低等优点，结合光纤阵列的铺设方式实现系统小型化，从而可搭载在各类功能性服装中对人体运动姿态进行监测。
随着传感技术的发展，集成多种传感器的功能性服装需求日益增长。例如运动者需要计步、运动表现监测、心跳监测等功能；老年人与儿童需要跌倒监测、睡眠监测、定位等功能；户外旅行者、特警等极端环境使用者需要身体状态监测、定位功能与实时显示等功能；
目前市面上已知的相关产品均采用电学传感器互联的解决方案，即服装中内嵌多个加速度传感器、心率传感器、温度传感器、电阻传感器等电学传感器再结合微处理器与通讯模块组成整个服装传感系统。这样的系统普遍存在功耗高、传感点非连续、安全性差且成本较高等缺点，因而难以推广。
光纤传感器主要分为直射型、散射型与干涉型。目前市面上通常采用直射型，即通过计算光纤所受物理压力而导致的光损进行外力大小传感，结构简单，价格较低，定位精度一般，适用于对精度要求不高的长距离领域传感(例如铁路，桥梁等)，但一根光纤的光衰值难以精准确定外力位置，且光源功率波动时出现的光损易造成错误传感，对于服装类的短距离应用领域，直射型定位精准受光源影响，不能满足需求，而提高光源稳定性又将提高成本，综上，使用直射型传感光纤限制了在仅依靠移动电池供电的智能服装中的应用。
发明内容
为了解决上述问题至少之一，本发明第一方面提供一种光纤传感组件，包括传感光纤单元和终端单元，其中
所述传感光纤单元包括至少两组传感光纤，所述至少两组传感光纤彼此相交排列，其中所述至少两组传感光纤中的每根传感光纤包括第一光耦合器、回光光纤以及至少两根传感子光纤；
所述终端单元包括光源、与每根传感光纤对应连接的多个第二光耦合器、以及光电探测器；
其中
所述光源出射的光经第二光耦合器分为多路相干光分别进入所述至少两根传感子光纤；
所述第一光耦合器将分别经所述至少两根传感子光纤出射的光进行干涉耦合，通过所述回光光纤传输至所述光电探测器。
进一步的，所述至少两组传感光纤彼此正交排列。
进一步的，所述至少两组传感光纤彼此呈45°或30°排列。
进一步的，所述终端单元包括
模数转换单元，用于将光电探测器输出的电信号转换为数字信号；
通信单元，用于输出所述数字信号。
进一步的，所述终端单元还包括处理器，用于根据所述数字信号获取带有位置信息的物理量并传输至所述通信单元。
进一步的，还包括显示单元，用于显示所述带有位置信息的物理量。
本发明第二方面提供一种服装，包括第一方面所述的光纤传感组件，其中所述至少两组传感光纤分布在所述服装中。
进一步的，还包括光纤总线，其中，所述至少两组传感光纤中的每根传感光纤通过所述光纤总线连接到所述终端单元。
进一步的，所述终端单元与所述光纤总线可拆卸连接。
进一步的，所述终端单元还包括模数转换单元、通信单元和处理器，其中
所述模数转换单元，用于将光电探测器输出的电信号转换为数字信号；
所述处理器，用于根据所述数字信号获取带有位置信息的物理量并根据所述物理量获得服装穿戴对象的运动姿态信息；
所述通信单元，用于输出所述数字信号和/或所述运动姿态信息；
所述服装还包括显示单元，设置在服装上便于观看的位置，用于显示所述带有位置信息的物理量和/或运动姿态信息。
本发明第三方面提供一种运动姿态监测系统，包括第二方面所述的服装和监测终端，所述监测终端呈现根据所述光电探测器的输出而获取的服装穿戴对象的运动姿态信息。
本发明第四方面提供一种利用第二方面所述的服装或第三方面所述的运动姿态监测系统对服装穿戴对象进行运动姿态监测的方法，包括：
响应于外部应力的变化，所述光纤传感组件输出电信号，所述电信号包括带有所述外部应力发生变化处的位置信息的物理量；
呈现根据所述物理量而获取的服装穿戴对象的运动姿态信息。
本发明的有益效果如下：
本发明针对目前现有的问题，制定一种光纤传感组件、服装、运动姿态监测系统和方法，并通过光纤传感组件中的传感子光纤感测接收的应力，使得所述多路传感子光纤传输的相干光的相位被调制，再通过多路相干光干涉获得调制光并利用相干光的相位表现所述应力，能够降低现有技术中光纤传感器因光损导致的精度影响。应用于服装能够实现对人体运动姿态的监测，准确定位运动姿态的位置，从而弥补了现有技术中问题，并提高对人体运动姿态的识别，实现对被看护对象的监测。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明的一个实施例所述光纤传感组件的结构示意图；
图2示出本发明的一个实施例所述传感光纤的结构示意图；
图3示出本发明的一个实施例所述服装的示意图；
图4a-4b示出本发明的另一个实施例所述服装的示意图；
图5示出本发明的一个实施例所述方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明的一个实施例提供了一种光纤传感组件，包括传感光纤单元和终端单元，其中所述传感光纤单元包括至少两组传感光纤，所述至少两组传感光纤彼此相交排列，其中所述至少两组传感光纤中的每根传感光纤包括第一光耦合器、回光光纤以及至少两根传感子光纤；所述终端单元包括光源、与每根传感光纤对应连接的多个第二光耦合器、以及光电探测器；其中所述光源出射的光经第二光耦合器分为多路相干光分别进入所述至少两根传感子光纤；所述第一光耦合器将分别经所述至少两根传感子光纤出射的光进行干涉耦合，通过所述回光光纤传输至所述光电探测器。
在一个具体的示例中，如图1所示，光纤传感组件10包括终端单元11和传感光纤单元12，其中所述传感光纤单元12包括至少两组传感光纤，每组传感光纤分别包括多根传感光纤，并且所述至少两组传感光纤彼此相交排列，即各组传感光纤的方向不同，属于同组的传感光纤之间相互平行、属于不同组的传感光纤之间形成一定的夹角，即非平行排列状态，以便于确定传感光纤接收的应力的具体位置。换句话说，光纤传感组件中任意一点或多点接收的应力(例如振动或压力)发生变化可被对应传感光纤唯一确定。具体表现为：假设一应力施加于光纤传感组件的某个区域，此时光纤传感组件中表示行的X轴传感光纤接收到该应力，同时表示列的Y轴方向也有部分传感光纤接收到该应力，则与X轴传感光纤和Y轴传感光纤对应的光电探测器输出带有传感信息的电信号，信号处理设备对所述电信号进行处理，根据X轴传感光纤和Y轴传感光纤的坐标位置就能够精确计算出该应力施加的具体位置。
如图2所示，每根传感光纤121或122包括第一光耦合器221、回光光纤224以及至少两根传感子光纤223；所述终端单元11包括光源225、与每根传感光纤对应连接的多个第二光耦合器222、以及光电探测器226；其中光源225、光电探测器226、一个第二光耦合器222和所述第二光耦合器222对应的传感光纤能够构成独立的光纤传感单元。光纤传感单元在具体工作时，所述光源出射的光经第二光耦合器分为多路相干光分别进入所述至少两根传感子光纤；所述第一光耦合器将分别经所述至少两根传感子光纤出射的光进行干涉耦合，通过所述回光光纤传输至所述光电探测器。值得说明的是，所述传感光纤为干涉型传感光纤。所述干涉型传感光纤相比于传统的直射型传感光纤更适合短距离领域的感测，并且所述干涉型传感光纤的感测精度与灵敏度高于直射型传感光纤，更适于感测外部应力的变化，实现精密的运动姿态监测。
具体的，首先，传感光纤121或122的第二光耦合器222将光源225出射的光分为多路相干光并传输于传感子光纤223，所述相干光的拆分数量与所述传感光纤包括的传感子光纤的数量相对应，各传感子光纤223分别感测接收的外部应力，例如外部振动或压力形成的应力，并根据所述应力调制所传输的相干光的相位。换句话说，即传感子光纤将感测的外部应力通过相干光的相位进行表征。在本实施例中，采用两路传感子光纤223进行感测，所述第二光耦合器222分光比设置为1:1。值得说明的是，本发明对所述多路相干光的相位、强度以及第二光耦合器的分光比不作限制，本领域技术人员应当根据实际应用需求进行设置，在此不再赘述。
然后，传感光纤121或122的第一光耦合器221将各传感子光纤223的相干光耦合为调制光，即所述各传感子光纤223的相干光在第一光耦合器221中发生干涉并将多路相干光耦合为一路调制光，并传输至回光光纤224。
最后，回光光纤224将带有传感信息的调制光传输至光电探测器226，光电探测器226将所述调制光转化为带有传感信息的电信号并输出该电信号，如此，光源225、光电探测器226、一个第二光耦合器222和所述第二光耦合器222对应的传感光纤所构成的光纤传感单元能够实现对外部应力的感测。
其中，外部应力(振动或压力)施加于光纤传感组件上，进而引起对应位置的传感光纤121或122的各传感子光纤223发生弹光效应与热应变效应，并将感测的应力变化表现为传输的相干光的光波的相位偏移
Figure BDA0002046366970000056
在本实施例中，两路传感子光纤223在第一光耦合器221中发生干涉：
具体的，两路传感子光纤223中光波的振动函数E1、E2为：
Figure BDA0002046366970000051
Figure BDA0002046366970000052
其中Ei为传输光振幅，ω为传输光频率，
Figure BDA0002046366970000057
为初始相位。
经由回光光纤224进入光电探测器226，根据光的相干叠加原理，光电探测器226的输出电压信号V(t)为：
Figure BDA0002046366970000053
其中干涉光平均光强转换为的低频电流信号I0(t)＝α(t)·E2，α(t)为外部应力引起光强变化信号，外部应力引起的相位偏移信号
Figure BDA0002046366970000054
干涉光初相位
Figure BDA0002046366970000055
由于平均光强I受光纤弯折影响，直射型传感光纤通过检测光强I0(t)的变化来确认光纤应力变化，由于激光器工作过程中的温升对其输出光强会有明显影响，且其中小型光源在功耗与尺寸限制下难以对温度进行精确控制，因此该应用场景下的平均光强I0(t)应表达为：
I0(t)＝α(t)·T(t)·E2
其中T(t)为温度漂移导致的光强变化系数，这将直接干扰直射型传感光纤对应力的感测，甚至引起误报。
而本实施例中所述干涉型传感光纤感测的信号，经信号处理单元进行处理，例如先采用高通滤波进行去直流滤波，得到
Figure BDA0002046366970000061
再进行反余弦运算，即可得到
Figure BDA0002046366970000062
因此，根据所得
Figure BDA0002046366970000063
波形的频率值可判定传感量类型，例如高频为感受振动，低频为感受压力。同时，还能够根据所得
Figure BDA0002046366970000064
波形的幅度值判定传感量程度，例如高幅值为强烈，低幅值为轻微。
所述传感光纤为直射型传感光纤时根据光纤弯折导致的光损确定外部应力的大小，容易受到光源波动与光纤微弯损耗的影响导致感测精度降低甚至产生误判。而本实施例中的传感光纤为干涉型传感光纤，采用不受光源波动影响的相位偏移
Figure BDA0002046366970000067
表征外部应力、并根据相干光干涉形成调制光用于检测，能够避免因光源波动与微弯损耗对传感光纤感测精度的影响，同时结合干涉型传感光纤的结构和上述公式，能够从根本上排除受光纤弯折与光源波动影响导致的I0变化而引入误差，有效提高传感光纤的感测精度。
值得说明的是，所述光纤传感组件的光源225可以为多根传感光纤121或122共用的一路光源，例如窄带宽连续光源，一路光源即能够满足各传感光纤的需求；考虑到对光源的光线强度的要求，所述光源也可以为多个光源。同时，所述光电探测器为多路光电探测器，所述多路光电探测器与所述多根传感光纤一一对应，每路光电探测器用于检测一根传感光纤的调制光；或者所述光电探测器包括多个子光电探测器，每个子光电探测器与各传感光纤一一对应以检测调制光。本领域技术人员应当根据实际应用需求设置光源和光电探测器，以满足实际应用场景为设计准则，在此不再赘述。
考虑到使用光纤传感组件对感测应力的准确定位，在一个可选的实施例中，所述至少两组传感光纤彼此正交排列。如图1所述，所述两组传感光纤121和122相互垂直：将表示行的X轴传感光纤依次编号为x1，x2……，xn，其中接收外部应力变化的传感子光纤的
Figure BDA0002046366970000065
发生变化，将表示列的Y轴传感光纤依次编号为y1，y2……，ym，其中接收外部应力变化的传感子光纤的
Figure BDA0002046366970000066
发生变化，在对传感光纤的感测信号进行处理时，信号处理器相对于(x1，x2……，xn)和(y1，y2……，ym)存储有相对应的坐标对应表，例如，x1-x3的
Figure BDA0002046366970000071
发生变化，y5-y8的
Figure BDA0002046366970000072
发生变化，则确定x1-x3和y5-y8相重叠的位置发生应力变化，即通过接收外部应力的行传感光纤和列传感光纤进行定位，能够准确确定产生应力的位置。
考虑到实际应用中，所述传感光纤构成的行或列无法保证永远处于正交排列，在一个可选的实施例中，所述至少两组传感光纤彼此呈45°或30°排列。即当所述两组传感光纤呈45°或30°排列时，能够较为准确地获取应力发生的位置，值得说明的是，本发明不限制所述两组传感光纤的夹角的具体角度，本领域技术人员应当根据实际应用场景设置所述夹角，以实现对应力发生位置的准确获取为设计准则，在此不再赘述。
在一个可选的实施例中，所述光纤传感组件的终端单元还包括模数转换单元和通信单元，所述模数转换单元，用于将光电探测器输出的电信号转换为数字信号；所述通信单元，用于输出所述数字信号。即所述光纤传感组件通过模数转换单元将光电探测器输出的电信号转换为数字信号，通过通信单元传输至外部处理设备。其中，所述通信单元包括但不限于蓝牙、wifi、zigbee等无线通信设备。如此，所述光纤传感器件感测的带有传感信息的数字信号通过通信单元传输至外部处理设备，外部处理设备接收并处理包括传感信息的数字信号以确定所述光纤传感组件接收的应力的类型(振动或压力)、程度和发生应力变化的具体位置。
在另一个可选的实施例中，所述光纤传感组件的终端单元还包括处理器，用于根据所述数字信号获取带有位置信息的物理量并传输至所述通信单元。即所述光纤传感组件本身带有处理器，能够对所述数字信号进行处理，根据所述数字信号获取接收的应力的类型(振动或压力)、程度和发生应力变化的具体位置，再通过通信单元传输至外部设备。其中，所述处理器包括但不限于ARM处理器、FPGA、51单片机等具有信号处理功能的处理器设备。如此，接收上述信号的外部设备无需配置信号处理单元或者无需进行信号处理操作，仅接收带有位置信息的物理量即可，能够更广泛地适用于各种外部设备，并有效降对低外部设备的硬件要求。
基于上述实施例，在另一个可选的实施例中，所述光纤传感组件还包括显示单元，用于显示所述带有位置信息的物理量。即所述光纤传感组件在通过处理器获取带有位置信息的物理量的基础上，还能够通过所述光纤传感组件本身带有的显示单元显示出来，从而更加直观地表现所述光纤传感组件感测到的应力类型、程度和发生应力变化的具体位置。
在上述光纤传感组件的基础上，本发明的一个实施例还提供了一种服装，包括上述光纤传感组件，其中所述至少两组传感光纤分布在所述服装中。为便于将光纤传感组件应用于实际场景中，本实施例将所述至少两组传感光纤应用于布料等柔性物质中并形成可穿戴的衣服，衣服穿戴对象在实际生活中的日常起居活动能够通过衣服上的传感光纤感测出来，从而实现对服装穿戴对象的运动姿态的监测。如图3所示，本实施例中将传感光纤的回光光纤和各传感子光纤封装为防水部件32设置在服装30中，其中各传感子光纤用于感测施加的外部应力(振动或压力)，回光光纤用于传输包含传感信息的已调制光、不再对应力敏感；同时将传感光纤的第一光耦合器封装在防水的尾纤33中，设置在各传感光纤的一个端部。将各传感光纤的另一个端部与涉及电信号、电连接的光源、光电探测器和第二光耦合器的终端单元31连接以实现对该服装所接收的外部应力的感测。
考虑到该服装的安全性、舒适性和所述终端单元的小型化设计，在一个可选的实施例中，如图4a所示，所述服装40还包括光纤总线45，其中，所述至少两组传感光纤中的每根传感光纤通过所述光纤总线45连接到所述终端单元41。即将各传感光纤的回光光纤和各传感子光纤封装在防水部件42中、第一光耦合器封装在防水的尾纤43中，各传感光纤通过与光纤总线45连接将感测信号传输至终端单元41。如图4b所示，所述服装50的各传感光纤的回光光纤和各传感子光纤封装在防水部件52中、第一光耦合器封装在防水的尾纤53中，各传感光纤通过与光纤总线54连接将感测信号传输至终端单元51。值得说明的是，对于服装上的不同部位，例如背部对应的位置较为平直、肘部、膝盖对应的部位则相对弯曲，则同一根传感光纤在不同部位与另一根光纤呈现不同的角度，本领域技术人员应当在获取具体位置信息的时候考虑不同传感光纤的具体情况。进一步的，所述终端单元与光纤总线可拆卸连接，即所述终端单元通过可拆卸的光纤接头(例如FC/APC等)与所述光纤总线连接，从而进一步简化终端单元的结构、提高安全性，并且在清洗、收纳、更换布料时能够方便地移除终端单元，确保光纤传感组件的正常使用。同时，本实施例在满足各传感光纤感测外部应力的基础上将不可弯折的光源和光电探测器集中封装至小体积的终端单元中，能够克服传统直射型光纤不可弯折的特性，满足该服装在实际应用中的折叠、弯折等情况。
在另一个可选的实施例中，所述服装的光纤传感组件的终端单元还包括模数转换单元、通信单元和处理器，其中所述模数转换单元，用于将光电探测器输出的电信号转换为数字信号；所述处理器，用于根据所述数字信号获取带有位置信息的物理量并根据所述物理量获得服装穿戴对象的运动姿态信息；所述通信单元，用于输出所述数字信号和/或所述运动姿态信息；所述服装还包括显示单元，设置在服装上便于观看的位置，用于显示所述带有位置信息的物理量和/或运动姿态信息。即所述服装本身设置有模数转换单元、通信单元、处理器和显示单元，能够将带有光纤传感组件感测到的传感信号转换为数字信号，并通过处理器获取该光纤传感组件接收的应力类型、程度和该应力发生的位置，进一步转换为更为直观的运动姿态信息，显示在显示单元中。所述显示单元可以为设置在所述服装的袖口、裤子位置处的显示屏，以便于服装穿戴对象或监护所述服装穿戴对象的监护人查看所述运动姿态信息。本领域技术人员应当理解，所述服装可以通过通信单元传输数字信号、也可以通过通信单元传输所述运动姿态信息、或者通过通信单元同时传输数字信号和所述运动姿态信息，本发明对此不做限制。与现有技术中通过电学传感器互联实现的服装相比，本实施例提供的服装通过高灵敏度的干涉型光纤传感组件能够有效感测被监护人不同部位的运动姿态，例如腋下、膝肘关节、臀部等电学传感器难以放置的区域，从而实现运动员姿态监测、特警身体监控或体感游戏设备输入等多种功能。
在上述服装的基础上，本发明的一个实施例还提供了一种运动姿态监测系统，包括上述的服装和监测终端，所述监测终端呈现根据所述光电探测器的输出而获取的服装穿戴对象的运动姿态信息。即所述服装的光纤传感组件将感测的带有外部应力传感信息的信号输出至所述监测终端，所述监测终端根据接收的信号获取该服装接收的应力的类型(振动或压力)、程度和发生应力变化的具体位置，再根据所述类型(振动或压力)、程度和发生应力变化的具体位置确定该服装穿戴对象的运动姿态，并根据运动姿态获得监测信息并显示在监测终端上，以便于对服装穿戴对象需要监护的运动姿态进行监护。在本实施例中，所述监测终端包括但不限于PC、智能手机、智能手表、手环、PAD、云处理器等。
由于根据
Figure BDA0002046366970000091
波形的频率值可判定传感量类型，例如高频为感受振动，低频为感受压力；根据所得
Figure BDA0002046366970000092
波形的幅度值判定传感量程度，例如高幅值为强烈，低幅值为轻微。则在具体的实施例中：
在实施例一中，当所述光纤传感组件接收的应力有瞬间振动与持续压力，同时监测到臀部
Figure BDA0002046366970000093
短期高频波形(振动)，从长期看，臀部幅度值增高(持续压力)，而其他位置未增高则判断人体处于坐姿。进一步的，在判断人体处于坐姿的情况下，还可以通过显示单元或监测终端进行久坐提醒和坐姿提醒等提示信息。
在实施例二中，当通过所述光纤传感组件判断被监护人的身体一侧出现短时大范围强烈振动并伴随持续压力，其余部位出现振动但无持续压力，即可断定被监护人发生跌倒。具体表现为：跌倒瞬间，有瞬间振动与持续压力：监测到全身
Figure BDA0002046366970000101
短期高频波形(振动)，长期某侧身体幅度值增高(持续压力)而其他位置未增高。进一步的，在判断被监护人跌倒的情况下，还可以通过通信单元传输报警信号至外部处理设备，例如向监测终端传输提示信息。
在实施例三中，当通过所述光纤传感组件判断被监护人处于全身持续振动、尤其膝部、肘部、腋部、退部持续强烈的规律性振动，即可判断被监护人处于跑步中。具体表现为：跑步过程中有持续振动：同时监测到全身
Figure BDA0002046366970000102
短期高频波形(振动)，尤其是膝关节，髋关节，肘关节，肩关节明显规律性，根据规律性可判断跑步速度、根据幅度可判断跑步姿态。进一步的，所述服装的控制器或者运动姿态监测系统的监测终端能够根据振动频率与运动程度进行跑步计步与运动热量估算等以便于进行运动状态提示。
值得说明的是，所述光纤传感组件形成的服装或运动姿态监测系统不局限应用于人体，还可以用于其他生物体的运动姿态监测，例如宠物、军犬等动物，以便于监护人对被监护对象的远程监护。
与上述实施例提供的服装或运动姿态监测系统相对应，本申请的一个实施例还提供一种利用上述服装或运动姿态监测系统对服装穿戴对象进行运动姿态监测的方法，由于本申请实施例提供的监测方法与上述几种实施例提供的服装或运动姿态监测系统相对应，因此前述实施方式也适用于本实施例提供的监测方法，在本实施例中不再详细描述。
如图5所示，本申请的一个实施例还提供一种利用上述服装或运动姿态监测系统对服装穿戴对象进行运动姿态监测的方法，包括：响应于外部应力的变化，所述光纤传感组件输出电信号，所述电信号包括带有所述外部应力发生变化处的位置信息的物理量；呈现根据所述物理量而获取的服装穿戴对象的运动姿态信息。即通过光纤传感组件接收的应力变化输出带有传感信息的电信号，该电信号包括所述光纤传感组件接收的应力类型、程度和位置，根据该电信号能够获取服装穿戴对象的运动姿态信息，从而实现对服装穿戴对象的运动姿态的监测。
本发明针对目前现有的问题，通过光纤传感组件中的传感子光纤感测接收的应力，使得所述多路传感子光纤传输的相干光的相位被调制，从而通过多路相干光干涉获得调制光并通过相干光的相位降低光纤传感器因光损导致的精度影响。将光纤传感组件用于服装能够实现对人体运动姿态的监测，并从根本上解决以下问题：1.电学传感器带来的功耗高、安全性差的问题、占用体积大。2.电学传感器仅能测量单点，传感点非连续，运动姿态判断准确度低的问题。3.感测精度受光源波动影响的问题。4.定位不准难以准确监测运动姿态的问题。本发明提供的实施例能够弥补现有技术中的问题，准确判断运动姿态的位置，进而提高对人体运动姿态的识别，实现对被看护人的运动姿态的监测。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (12)

1.一种光纤传感组件，其特征在于，包括传感光纤单元和终端单元，其中
所述传感光纤单元包括至少两组传感光纤，所述至少两组传感光纤彼此相交排列，其中所述至少两组传感光纤中的每根传感光纤包括第一光耦合器、回光光纤以及至少两根传感子光纤，所述传感光纤为干涉型传感光纤；
所述终端单元包括至少一个光源、与每根传感光纤对应连接的多个第二光耦合器、以及与每根传感光纤对应的多个光电探测器；
其中
一个光源、一根传感光纤、与所述一根传感光纤对应的光电探测器和第二光耦合器构成一个光纤传感单元，所述光源出射的光经第二光耦合器分为多路相干光分别进入所述至少两根传感子光纤，所述第一光耦合器将分别经所述至少两根传感子光纤出射的光进行干涉耦合，通过所述回光光纤传输至所述光电探测器；
两路传感子光纤中光波的振动函数E1、E2为：
Figure FDA0003499458920000011
Figure FDA0003499458920000012
其中，Ei为传输光振幅，
Figure FDA0003499458920000013
和
Figure FDA0003499458920000014
分别为两路传感子光纤中传输的相干光的光波的相位偏移，ω为传输光频率，
Figure FDA0003499458920000015
为初始相位;
光电探测器的输出电压信号V(t)为：
Figure FDA0003499458920000016
其中，干涉光平均光强转换为的低频电流信号I0(t)＝α(t)·E2，α(t)为外部应力引起光强变化信号，外部应力引起的相位偏移信号
Figure FDA0003499458920000017
干涉光初相位
Figure FDA0003499458920000018
对所述输出电压信号进行高通滤波得到：
Figure FDA0003499458920000019
进行反余弦运算后得到：
Figure FDA00034994589200000110
2.根据权利要求1所述的光纤传感组件，其特征在于，所述至少两组传感光纤彼此正交排列。
3.根据权利要求1所述的光纤传感组件，其特征在于，所述至少两组传感光纤彼此呈45°或30°排列。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光纤传感组件，其特征在于，所述终端单元包括
模数转换单元，用于将光电探测器输出的电信号转换为数字信号；
通信单元，用于输出所述数字信号。
5.根据权利要求4所述的光纤传感组件，其特征在于，所述终端单元还包括处理器，用于根据所述数字信号获取带有位置信息的物理量并传输至所述通信单元。
6.根据权利要求5所述的光纤传感组件，其特征在于，还包括
显示单元，用于显示所述带有位置信息的物理量。
7.一种服装，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的光纤传感组件，其中所述至少两组传感光纤分布在所述服装中。
8.根据权利要求7所述的服装，其特征在于，还包括光纤总线，其中，所述至少两组传感光纤中的每根传感光纤通过所述光纤总线连接到所述终端单元。
9.根据权利要求8所述的服装，其特征在于，所述终端单元与所述光纤总线可拆卸连接。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的服装，其特征在于，
所述终端单元还包括模数转换单元、通信单元和处理器，其中
所述模数转换单元，用于将光电探测器输出的电信号转换为数字信号；
所述处理器，用于根据所述数字信号获取带有位置信息的物理量并根据所述物理量获得服装穿戴对象的运动姿态信息；
所述通信单元，用于输出所述数字信号和/或所述运动姿态信息；
所述服装还包括显示单元，设置在服装上便于观看的位置，用于显示所述带有位置信息的物理量和/或运动姿态信息。
11.一种运动姿态监测系统，其特征在于，包括权利要求7-10中任一项所述的服装和监测终端，所述监测终端呈现根据所述光电探测器的输出而获取的服装穿戴对象的运动姿态信息。
12.一种利用权利要求7-10中任一项所述的服装或权利要求11所述的运动姿态监测系统对服装穿戴对象进行运动姿态监测的方法，其特征在于，包括：
响应于外部应力的变化，所述光纤传感组件输出电信号，所述电信号包括带有所述外部应力发生变化处的位置信息的物理量；
呈现根据所述物理量而获取的服装穿戴对象的运动姿态信息。
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